新型微納米陶瓷涂層鋼筋的制備及關(guān)鍵性能研究.pdf

1、在服役環(huán)境中，氯鹽的侵蝕和混凝土的碳化導(dǎo)致混凝土內(nèi)鋼筋表面的鈍化層破壞，從而加劇了鋼筋的腐蝕過程。針對(duì)鈍化層破壞引發(fā)的鋼筋腐蝕，采用等離子噴涂技術(shù)制備微納米Al2O3-TiO2陶瓷涂層鋼筋，改善鋼筋表面性能，提高鋼筋耐蝕性。在混凝土堿性環(huán)境中，Al2O3-TiO2陶瓷涂層鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能，及涂層在堿性環(huán)境和鹽堿環(huán)境下的耐蝕性能是本課題重點(diǎn)解決的問題，為陶瓷涂層鋼筋在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供理論和技術(shù)依據(jù)。
　　本文利用等離子噴涂

2、技術(shù)制備了微米Al2O3-13wt.％TiO2(ATl3)、Al2O3-40wt.％TiO2(AT40)和納米結(jié)構(gòu)Al2O3-13wt.％TiO2(nAT13)涂層鋼筋。采用XRD分析了陶瓷涂層在噴涂過程中的物相轉(zhuǎn)變，并測試了涂層的韌性、涂層與鋼筋基體的粘結(jié)性、涂層鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能。利用電化學(xué)方法評(píng)價(jià)涂層在堿性環(huán)境和鹽堿環(huán)境中的耐蝕性能，結(jié)合SEM-EDS和XRD對(duì)浸泡后的涂層進(jìn)行微觀形貌和成分分析，研究陶瓷涂層鋼筋的腐蝕機(jī)理。最

3、后，針對(duì)陶瓷涂層與混凝土基體間粘結(jié)性較低及涂層中的缺陷為Cl-擴(kuò)散提供通道的問題，初步研究了有機(jī)封孔劑浸漬對(duì)涂層性能進(jìn)行提升。
　　基于試驗(yàn)及分析得到以下結(jié)論:
　　AT13和AT40涂層表面為層片狀堆積，且AT13涂層表面存在微裂紋;nAT13表面為均勻整體。AT13和AT40涂層內(nèi)部孔隙含量高，且孔隙尺寸大，AT13的孔隙率高于AT40; nAT13內(nèi)部孔隙含量少且尺寸較小。噴涂過程中發(fā)生了α-Al2O3向γ-Al2O3

4、的物相轉(zhuǎn)變。
　　三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中，AT13和AT40在較低角度下涂層發(fā)生了破壞，AT40出現(xiàn)涂層的剝落;而nAT13在彎曲60°后涂層依然保持完好。AT13和AT40涂層與鋼筋基體的粘結(jié)強(qiáng)度分別為28.60MPa和29.62MPa，nAT13涂層與鋼筋基體的粘結(jié)強(qiáng)度為39.69Mpa，相比AT13提高了30％左右。由于涂層中γ-Al2O3會(huì)與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成疏松產(chǎn)物，因此相對(duì)于Q235鋼筋，陶瓷涂層鋼筋與混凝土的粘

5、結(jié)性能均有不同程度降低。后處理AT13、AT40和nAT3陶瓷涂層鋼筋和Q235鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度相對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度分別為0.90、1.78和0.89，達(dá)到環(huán)氧涂層鋼筋相對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度不低于0.8的使用標(biāo)準(zhǔn)。
　　溶液可通過涂層內(nèi)部缺陷（孔隙和裂紋等）滲入至基體表面。在pH13.5的模擬混凝土孔溶液中，OH-與涂層中的反應(yīng)相γ-Al2O3和Al發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，析出的固體物和反應(yīng)產(chǎn)物在涂層孔隙中殘留，發(fā)生涂層的填充效應(yīng)，增強(qiáng)了涂層的密實(shí)性。隨

6、著溶液pH值逐漸降低，溶液對(duì)AT13和AT40涂層中的反應(yīng)相溶蝕能力隨之降低，涂層的填充效應(yīng)減弱，滲入涂層的堿性溶液對(duì)基體的鈍化作用變得明顯。在不同pH值的模擬混凝土孔溶液浸泡后，由于納米顆粒有較大的比表面積，顯現(xiàn)出較大活性，nAT13涂層表面均出現(xiàn)溶蝕痕跡;由于其孔隙較小，涂層內(nèi)部均有明顯填充效應(yīng)。OH-對(duì)各涂層中反應(yīng)相溶蝕均出現(xiàn)在涂層表面，涂層內(nèi)部未受到影響。
　　由于陶瓷涂層在模擬混凝土孔溶液中的填充效應(yīng)，密實(shí)的涂層對(duì)Cl-

7、的侵入具有阻擋作用。未有涂層的Q235鋼筋在0.25M Cl-濃度的溶液中發(fā)生腐蝕，而低Cl-濃度下溶液提高了各涂層的填充的密實(shí)性，增強(qiáng)了對(duì)基體的保護(hù)。隨著溶液中Cl-濃度逐漸升高，各涂層鋼筋的耐蝕性能隨之降低，但nAT13涂層鋼筋均表現(xiàn)出最好的耐蝕效果。在1.0MCl-濃度的溶液中，AT13涂層鋼筋基體發(fā)生點(diǎn)蝕，AT40和nAT13未出現(xiàn)腐蝕趨勢。陶瓷涂層鋼筋的失效形式為內(nèi)部鋼筋基體生成大體積的腐蝕產(chǎn)物，并通過涂層中的孔隙溶出，當(dāng)腐蝕